I modi più semplici per tagliare i fili. RF&Wireless forum. Milano 14 Febbraio Ing. Maurizio Del Corso. (m.delcorso@inwaredizioni.

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1 I modi più semplici per tagliare i fili RF&Wireless forum Milano 14 Febbraio 2008 Ing. Maurizio Del Corso (m.delcorso@inwaredizioni.it) THE ITALIAN MICROCONTROLLER, FPGA and ANALOG MAGAZINE

2 Frequenze: meglio 433MHz, 868MHz o 2.4GHz? La scelta della frequenza dipende da diversi fattori tra cui licenze, ostacoli, range. Ecco come orientarsi. Classificazione delle applicazioni: range Vs datarate Una delle maggiori difficoltà in una applicazione wireless è trovare il giusto compromesso tra range e velocità di trasmissione. Networking facile in 433/868 MHz Esistono soluzioni che permettono di implementare reti wireless proprietarie su frequenze diverse da quella del Wi-Fi e in modo assai semplice. Soluzioni Bluetooth e Zigbee Quale criterio adottare per la scelta di queste due tecnologie? L antenna: il guadagno, il tipo, il posizionamento Scelta la tecnologia e scelto il dispositivo, resta da scegliere ed installare l antenna un elemento spesso trascurato ma determinante per una applicazione wireless.

3 Le prestazioni di una comunicazione radio dipendono da diversi fattori: Antenna e frequenza determinano la propagazione del segnale. Tipicamente si fissa la frequenza e si agisce sull antenna per migliorare la trasmissione. Disturbi e attenuazione i disturbi possono essere interni (RS232, display...) o esterni. L attenuazione dipende dall ambiente. Potenza di uscita e sensitività La sensitività è il livello di segnale sotto il quale non avviene la ricezione.

4 Fattori di attenuazione Ostacoli fisici (pareti, alberi, montagne, costruzioni...) Ambiente di lavoro (pioggia, nebbia, umidità, ecc...) Attenuazione in spazio libero [db]: Log(Freq)+20Log(D) Esempio: Freq=2.4GHz; D=100m Pout=+4dBm-> attenuaz.=200db Per ricevere correttamente a 100m il ricevitore deve avere una sensitività di =-196dBm (Pout sensitività 32.4 attenuazione)/20 Log(Freq ) D max = 10

5 License free Allocazione delle frequenze License free solo per Pout<5mW

6 Suddivisione in canali Frequency Bands Allocation Frequency (MHz) Band => xx Channels Frequency (MHz)

7 433 MHz band Frequency: MHz Application: Europe Standard: ETSI Power: 10 mw Duty Cycle: 10% 868 MHz band Frequency: MHz Application: Europe Standard: ETSI Power: 5 to 500 mw (depending on sub-band) Duty Cycle: 0.1 to 100 % (depending on sub-band) 5mW

8 2.4 GHz band Frequency: MHz Application: World Power: 10mW Bluetooth, Zigbee, Wi-Fi 915 MHz band Frequency: MHz Application: U.S. - Canada - Australia Power: 1 W (Frequency Hopping Spread Spectrum)

9 In sintesi: Maggiore è la frequenza minore è la profondità di penetrazione -> minore immunità agli ostacoli Maggiore è la potenza maggiore è il range (ma anche il consumo) Ampio range significa anche immunità agli ostacoli La frequenza deve essere scelta in base all applicazione (es. NO il 433MHz in un parcheggio...)

10 Classificazione delle applicazioni: range Vs datarate

11 Per scegliere la tecnologia ed il dispositivo adatto alla propria applicazione è necessario porsi alcune domande, quali: Quale è la velocità di trasmissione richiesta? Quale è il range richiesto? È richiesta la possibilità di networking? Si necessita di una comunicazione sicura?

12 Data rate inferiore a 1,2Kbps? SI Range inferiore ai 10Km? SI NO NO Utilizzare tecnologie come WiFi, UMTS, etc... Utilizzare tecnologie come GSM, GPRS, etc... Soluzioni a 433MHz, 868MHz o 2.4GHz

13 Lo sviluppo di un prodotto RF richiede tempi lunghi ma esistono soluzioni che riducono il time-to-market HW & SW Development PCB & Routing Antenna Design Requirements Final product HW & SW Integration Tests & Verification Product Integration RF Approval

14 TinyOne Plus Soluzione a 868 MHz a 8 canali per lunghe distanze Interfaccia RS232 TTL Wireless alla portata di tutti

15 TinyOne Pro Soluzione a 868 MHz mono-canale per lunghe distanze Interfaccia RS232 TTL Wireless alla portata di tutti

16 TinyOne Lite Soluzione a 433/868 MHz multicanale per medie distanze Interfaccia RS232 TTL 7 dbm 2.2 to 3.7 V 7 dbm 9.6 to to 3.7 V

17 TinyOne ZigBee Soluzione a 2.4GHz a 12 canali per brevi distanze Interfaccia RS232 TTL Wireless alla portata di tutti

18 Integra-One Soluzione a 433MHz a 10 canali (range 1Km) Interfaccia RS232/422/485 Package IP41 e IP65 IP65 IP41

19 Power-One Soluzione a 868MHz a 10 canali (range 5Km a potenza ridotta) Interfaccia RS232/422/485 Package IP65 e IP67 5 I/O analogici e digitali optoisolati su IP67 IP67 IP65

20 Sono wireless! E ora? Possibili applicazioni

21 Local markets (<100m) Automazione industriale Trasporti e logistica Building or site scale markets (<1 km) Building automation Home automation Telemetria Urban or Landscape markets (1 to 10 km) Irrigazione/ Metering / Ferrovie/ Semafori / Segnaletica / Pannelli informativi Settore militare

22 Local (<100m) Per queste applicazioni spesso è sufficiente il cable replacement (modalità trasparente) POS (Point of Sale) Bar Code Readers Automazione ind.le / Telemetria Transporti (RFID su containers e mezzi, tracciabilità di teperatura, umidità, gas,ecc )

23 Building or site scale applications (<1km) Per queste applicazioni può essere necessario il supporto di rete Sicurezza (Allarmi antincendio/anti-intrusione, controllo accessi, luci emergenza, RFID attivo) Telelettura utenze domestiche Medicale (pulsanti anti-panico, monitoraggio pazienti, localizzazione pazienti) Gestione di edifici privati (piscine, golf, hotels, parcheggi )

24 Large area applications (1 to 10km) Requisiti di ampio range e networking Irrigazione / Metering Ferrovie / Semafori / segnaletica attiva Pannelli informativi Gestioni ampi siti (porti, aeroporti, magazzini )

25 Building automation (access control, HVAC, telelettura) - dispositivi da 10-25mWsullo stesso piano - 1 modem da 500mW modems per ogni piano - Modulo master nella centrale di controllo

26 Allarmi e monitoraggio durante l intervento Punti di accesso posizionati in punti strategici

27 Hospital or Retirement House configuration Each Patient is wearing a watch allowing alarm transmission and tracking inside Stage map the building 17:47 Rooms corridor Central Monitoring And Control Patio Rooms Base Corridor LAN RF Relay

28 200m 500m 1000m High Rise Building Control Center

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33 Non funziona? Colpa dell antenna! Suggerimenti sull installazione di sistemi wireless

34 Non installare il modem troppo vicino a pareti: vengono modificate le caratteristiche dell antenna. La minima distanza consigliata è una lunghezza d onda (λ) NO YES λ λ = MHz λ = MHz

35 Mantenere la stessa polarizzazione per le antenne: la modifica della polarizzazione degrada le prestazioni. NO YES Mantenere il modem lontano da pareti metalliche NO

36 Quando possibile evitare ostacoli tra i due punti di comunicazione Wireless alla portata di tutti

37 Non installare i modem troppo vicini per non saturare il segnale D D 1 25 mw D mw D mw Se non è possibile distanziare i modem fare in modo che operino su canali differenti. Ch. 0 Ch. 1 Ch. 2 Ch. 3 Ch. 0 Ch. 7 Ch. 1 Ch. 6 D D

38 I modem sono sensibili alle vibrazioni: usare smorzatori e sistemi di ancoragigo Smorzatori Non racchiudere il modem in ambienti ad alta schermatura. Eventualmente portare fuori l antenna.

39 Usare un case adatto all applicazione Tenere presente i fattori di attenuazione Factor 433 MHz 868 MHz 2.4 GHz Loss Attenuation Loss Attenuation Loss Attenuation Open office 0 % 0 db 0 % 0 db 0 % 0 db Window < 5 % < 1 db 15 % 1 2 db 30 % 3 db Thin wall (plaster) 25 % 3 db 35 % 3 4 db 50 % 5 8 db Medium wall (wood) 40 % 4 6 db 50 % 5 8 db 70 % db Thick wall (concrete) 50 % 5 8 db 60 % 9 11 db 85 % db Armored wall (reinforced concrete) 70 % db 80 % db 90 % db Floor or ceiling 50 % 5 8 db 60 % 9 11 db 85 % db Armored floor or ceiling 70 % db 80 % db 90 % db Rain and/or Fog 90 % db 95 % db????

40 Milano Marzo 2008 Registrazioni e info: